编写非安全代码 - C# 指针

    技术2022-05-11  55

    第一次翻译文章。原文:http://www.c-sharpcorner.com/Code/2004/Oct/WritingUnsafeCode.asp 

    摘要在这篇文章中我将简单的描述C#的一个特性指针和所谓的不安全代码。这个标题和C++程序员更接近一些。此外,在Java中我们没有找到这样的特性。

    托管代码

    一般来说你在写任意一个C#程序的时候,你都是在创建托管代码。托管代码是在Common Language Runtime (CLR)控制下执行的,CLR使得程序员不需要管理内存和关心内存的分配和回收。CLR也允许你写非安全代码 (unsafe code)

    非安全代码

    非安全代码就是不在 CLR 完全控制下执行的代码,它有可能会导致一些问题,因此他们必须用 “unsafe” 进行表明:...unsafe{...// unsafe context: can use pointers here...}... 在其他一些地方也可以使用关键字 ‘unsafe’,例如我们可以将类或方法表明为非安全的:

    unsafe class Class1 {}static unsafe void FastMove ( int* pi, int* pdi, int length) {...} 

    ‘unsafe’ 关键字的必要性是它可以防止程序员的一些意外的用法。你可能会问既然是不安全的为什么还有人要用它。答案就是有时候,在有些情况下,还需要用到指针。

    指针

    指针是一种用来存储其他变量地址的特殊的变量,如果你把第一个变量的地址赋给第二个变量,你可以说第一个变量是指向第二个,CLR支持3种指针类型:受托管指针, 非托管指针和非托管函数指针。受托管指针存储在堆上的托管块的引用,一个非托管指针是传统的C++指针并且每次使用必须要放在unsafe代码块中,一个非托管函数指针也是指向函数地址的传统的C++指针(delegates 可以被看做是非托管函数指针).

    你可以像下面这样的声明来创建指针:

    类型* 变量_名称

    既然类型可以是任意一个非引用类型并且不包含引用类型字段,它只能是:sbyte, byte, short, ushort, int, uint, long, ulong, char, float, double, decimal, bool 和枚举类型以及其他指针类型,也可以是任何用户自定义的包括非托管类型字段的结构体.

    下面是不同类型指针声明的示例:

    int* pi //declaration a pointer to integer variablefloat* pf, pq // two pointers to float variables. Not *pf, *pq char* pz // pointer to char就像前面说的非托管代码CLR是不能验证的,为了编译你需要指定 /unsafe 编译选项,如果你是使用的是Microsoft Visual Studio你需要在项目选项中把 'Allow unsafe code block'设置成 True

    指针的基本用法

    还有一些与指针紧密联系的操作符,那就是 & 操作符,& 返回它所操作对象的地址。

    例如:unsafe {int* pi;int x = 1;pi = &x;System.Console.WriteLine("Value of x is: " + *pi);}在这个例子中我们创建了2个变量,’pi’是指向int的指针,’x’int,然后我们将’x’在内存中的地址赋予’pi’,理解我们放在 ’pi’ 变量中的是 ’x’的地址而不是’x’的值非常重要 (使用: pi = x 将返回错误 "Cannot implicitly convert type 'int' to 'int*'")

    编译后执行将会输出:

    Value of x is: 1 

    指针可以接受 null 值,也可能使用 void 指针类型,下面的代码可以正常编译:

    unsafe {nt x = 10;void* px = &x;double *pd = (double*)px;} fixed 关键字和垃圾回收

    C# 中使用指针需要比在 C++种更加注意。这是因为垃圾回收器(g.c.)会运行内存清理,在清理的过程中,g.c.会改变对象的物理内存位置,如果 g.c.改变了对象的位置指针将指向错误的内存位置。为了避免这样的问题(已经与垃圾回收器连接),C# 包含 'fixed' 关键字. 它通知系统不要让垃圾回收器重新部署对象。

    'fixed' 示例:// pt is a managed variable, subject to g.c.Colour cl = new Colour(); // must use fixed to get address of cl.Rfixed ( int* pi = &cl.R){ *pi = 1; }初始化同一类型的多个指针:

    fixed (byte* pb = sarr, pd = darr) {...}初始化不同类型的指针:

    fixed (int* pi = &cl.G)fixed (double* pd = &array[10])

    如果我们忘了 ’fixed’ 关键字编译器会给我们相应的警告,但它没有智能到在下面的情况中也会警告我们。下面的代码有一个严重的Bug尽管编译很正常。

    class Test{public int x;}unsafe class SimpleTest{[STAThread]static void Main(string[] args){Test test = new Test();int* pi;fixed (int* px = &test.x){*px = 100;pi = px;}Console.WriteLine("before g.c.: " + *pi);System.GC.Collect(2);Console.WriteLine("after g.c.: " + *pi);}}在我的机器上结果是:

    before g.c.: 100after g.c.: 132 

    我们可以看到同一个指针有两个不同的值,事实上在'before g.c.' 'after g.c.' 能得到不同结果的可能性非常小,because probability of starting garbage collector is very little. 但是作为一个规则我们应该避免在fixed块以外使用指针,我们的情况是每次在fixed块外使用 ’pi’ 指针都有可能产生难以诊断的错误。

    C# 指针和 WinApi

    使用指针最重要的好处就是可以与其他二进制代码进行交互。许多 WinApi 函数都使用指针,例如GetComputerName (Kernel32.lib.)可以提供我们的计算机的名称。

    BOOL GetComputerName(LPTSTR lpBuffer, // computer nameLPDWORD lpnSize // size of name buffer);下面的程序演示如何使用GetComputerName

    [System.Runtime.InteropServices.DllImport("Kernel32")]static extern unsafe bool GetComputerName(byte* lpBuffer,long* nSize);static void Main(){byte[] buffor = new byte[512];long size = buffor.Length;unsafe{long* pSize = &size;fixed (byte* pBuffor = buffor){GetComputerName(pBuffor,pSize);}}System.Text.Encoding textEnc = new System.Text.ASCIIEncoding();System.Console.WriteLine("Computer name: {0}",textEnc.GetString(buffor)); }结论

    我们已经看到指针是C#语言中非常有用的部分,使用指针并不难但是要非常小心,因为有可能会导致难以诊断的问题,使用指针会扰乱垃圾回收器的功能,特别当我们在程序中大量使用指针。因此在之用指针之前我们应该多考虑,或者尝试其他的解决办法。

     

     


    最新回复(0)